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레포트 | 농장에서의 수세 처리 중 커피의 통제 발효용으로 배양 종균을 사용한 연구 (2015)
날짜
2018-06-05 17:38:30
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259

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농장에서의 수세 처리 중 커피의 통제 발효용으로 배양 종균을 사용한 연구 (2015)

 

원제 : Conducting starter culture-controlled fermentations of coffee beans during on-farmwet processing: Growth, metabolic analyses and sensorial effects

 

저자 : Gilberto Vinícius de Melo Pereira, Ensei Neto, Vanete Thomaz Soccol, Adriane Bianchi Pedroni Medeiros, Adenise Lorenci Woiciechowski, Carlos Ricardo Soccol

 

요약 :

  본 연구에서는 Pichia fermentans YC5.2 를 배양 종균으로 하여 농장에서 커피를 통제 수세 처리하는 것을 다루었다. 종균 투여 발효시 수크로스 2% 용액을 첨가/비첨가하였으며 미생물 성장과 대사, 커피콩의 화학 구성과 음료 품질을 자연 발효(대조군)한 것과 비교하였다. 종균을 투입한 실험군 모두에서, P. fermentans 는 고유 미생물 대신 우점종을 이루었고 발효 과정 말미의 미생물 조합은 억제되어 있었다. 종균 투여를 통해 특정 휘발성 향미 물질(에탄올, 아세트알데히드, 에틸 아세테이트, 이소아밀 아세테이트) 생성량이 늘어났으며 발효 과정 중 락트산 생산량은 줄어들었다. 수크로스를 첨가할 경우 P. fermentans YC5.2 의 성장과 비중을 유의하게 막지는 않았으나, 그 대신 야생 박테리아 개체군과 락트산 생산량이 대조군 발효에 근접할 정도로 높이 나타났다. 원두에서, 당과 유기산 함량은 모든 처리에서 통계적으로 동일(P<0.05)하게 나타났다. 그러나, 종균을 투여하여 발효한 경우는 대조군에 비해 이스트에서 생성된 대사 물질의 농도가 높아지면서 원두의 휘발성 물질 함량이 영향을 받는 것으로 나타났다. 커피 음료를 관능 분석한 결과, YC5.2 균종을 사용한 경우 바닐라맛과 꽃향이 강한, 뚜렷한 개성을 지닌 고품질 커피 생산에 유리했다는 점이 드러났다. 결과적으로, P. fermentans YC5.2 를 커피 처리에 사용하는 방법은 발효 과정을 제어하고 일정한 품질을 보장할 수 있는 유용한 대안으로 밝혀졌다.

 

주요 내용 :

 - 배양 종균 사용의 의의와 선택 :

  Agate & Bhat (1966) : 향기가 좋은 고품질 음료가 되는 커피를 만들어 내기 위해서는 커피콩의 발효 과정이 잘 되어 미생물의 성장이 제대로 이루어져야 함

  Frank, Lurn & Delacruz (1965) : 발효가 제대로 이루어지지 않을 경우 커피의 특성과 향이 나빠지는 쪽으로 미생물이 성장할 수 있음.

  Schwan, Pereira & Fleet (2014) : 배양 종균을 이용한 통제 발효 작업은 치즈, 요구르트, , 맥주, 와인 산업에서 이미 진행되어 효과를 보아 왔음

 

 현재에도 발효는 종래의 방법이 유지되고 있으며 원재료에 존재하는 자연 미생물에 의존하고 있는 상황으로서, 배양 종균을 투입함으로써 통제 발효를 진행할 경우 품질의 표준화와 경제적 손실 감소라는 효과를 얻을 수 있음

  Leroy, Verluyten & DeVuyst (2006) : 배양 종균으로 적합한 균주는 자연 생태계에서 채취한 야생종이며, 이들은 업계에서 배양한 벌크 종균에 비해 일반적으로 대사 활동이 더 활발함.

  커피 발효 연구에서는 발효 중 나타나는 주요 이스트인 Pichia 계를 사용한 연구가 많았음

  Masoud, Poll & Jakobsen (2005) : 일부 Pichia 균주는 커피콩의 점액질 분해 외에 발효 중 나타나는 스트레스 환경에 잘 견디고 향미 물질을 생성하며, 독성 곰팡이(사상균)의 성장을 억제하는 효과를 보였음

 

- 실험 내용과 결과 :

  브라질 미나스 제라이스 주 세하두 미네이루 지역 농장인 파젠다 아뿌카라나(1720m, 화산토) 에서 현장 실험함. / Catuí 품종을 수확 후 과육 제거하고 2.42 x 1.94 x 0.96 크기 시멘트조 탱크에 과육을 제거한 커피 20 kg 당 물 500L 를 담아 (현지의 수세식 처리법에 따름) 24시간 발효 진행 후 일광 건조 / 주간, 야간 온도는 각각 24-32, 12-15

  배양 종균은 동결 건조한 것을 37-40도 물에 10g/L 비율로 5분간 섞은 뒤 발효조에 투여하여 균 농도를 107세포/mL 로 맞춤.

  실험군은 종균을 투여한 것, 종균과 수크로스를 함께 투여한 것이며 대조군은 종균을 투여하지 않은 것임

 

  발효 시작시 이스트 수는 실험군이 두 자릿수 수치만큼 더 많았으며 이후 발효 24시간째에 최대가 됨  (대조군 5.68, 수크로스 투여 실험군 6.45, 수크로스 비 투여 실험군 6.22 log CFU/mL)

  실험 대상인 P. fermentans 는 대조군에서도 발효 시작시 우점종으로 나타남. (75%) 그러나 24시간째에는 대조군에서는 14.65% 인데 비해 실험군에서는 80% 이상으로 나타남

  발효 시작시 pH 5.4 대인데 비해 발효가 끝날 때 pH 는 대조군과 수크로스를 첨가한 실험군이 각각 4.0, 4.1 인데 비해 수크로스를 첨가하지 않은 실험군은 4.4 로 나타남. / 한편 발효가 끝날 때 박테리아 수치는 위 두 가지가 6.22, 6.45 log CFU/mL 인데 수크로스를 첨가하지 않은 실험군은 5.68 log CFU/mL 로 나타남.

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  연구진은 196개 박테리아를 분리해 내고 78개를 유전자 배열을 통해 규명해 내었음. / 실험군에서는 Bacillus subtilis, 대조군에서는 Microbacterium 계가 가장 많았음 / 박테리아의 다양성은 발효 초기에 많고 발효 마지막에는 크게 줄어듦

 

  발효 초기의 커피 과육에 들어 있는 유기산은 시트르산 0.23g/L, 숙신산 0.13g/L, 글루코스와 프럭토스가 각각 4.0g/L 존재 / 종균을 투입한 실험군에서는 당 소비량이 높아 프럭토스와 글루코스 함량이 줄어듦 / 수크로스를 투여한 경우 글루코스 함량은 높아짐 (4.07g/L, 수크로스를 투여하지 않은 실험군은 2.08, 대조군은 2.86)

  커피 발효에서 주된 탄수화물 대사물질인 락트산은 대조군이 실험군 대비 두 배 가까이 높게 나타남 / 시트르산은 발효 초기에는 비슷했으나 24시간째에는 실험군이 대조군에 비해 유의하게 높음. 푸마린산은 실험군에서, 발효 말미에만 형성 / 아세트산과 숙신산 은 통계적으로 비슷하게 나타남

  로스팅 후에는 당과 유기산은 유의한 차이가 없었고 시트르산과 말산이 주를 이룸

 

  발효에서 주로 나타나는 화합물질은 에탄올, 아세트알데히드, 에틸 아세테이트이며 다음이 이소아밀 아세테이트와 2-헴타논임 / 실험군에서는 대조군 대비 이들 화합물질 양이 유의하게 높게 나타남 / 프로필 아세테이트, 에틸 헥사논, n-부틸 아세테이트, n-부타놀은 대조군에서만 나타났음.

  로스팅 후 실험군의 아세트알데히드, 에틸 아세테이트, 이소아밀 아세테이트 농도는 대조군 대비 유의하게 높음 / 원두의 주요 휘발성 물질로는 벤잘데히드, 이소부틸 아세테이트, 2-펜타논, 2-옥타논이 있음

 

  바디 : 대조군과 수크로스를 투여하지 않은 실험군에서 높게 나타남

  : 대조군과 수크로스를 투여하지 않은 실험군에서 높게 나타남

  : 대조군과 수크로스를 투여한 실험군에서 높게 나타남

  신맛 : 실험군에서 높게 나타남

 

  실험군과 대조군 모두 뚜렷한 향미 속성을 지닌 음료를 만들어 내었음. / 수크로스를 투여하지 않은 실험군은 벨벳 느낌의 바디, 캐러멜과 비슷한 맛, 락트산-시트르산-인산 느낌이 강함 / 수크로스를 투여한 실험군은 바닐라 맛, 시실리아 레몬-꽃향이 강하고 일부 테이스터는 극도록 고귀한 느낌이 들었다고 서술함 / 대조군은 캐러멜 느낌, 락트산 맛이 강하고 살구, 바나나 건포도 등 이국적 느낌이 났음

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참조 :

 Agate, A.D., & Bhat, J.V. (1966). Role of pectinolytic yeasts in the degradation ofmucilage layer of Coffea robusta cherries. Applied Microbiology, 14(2), 256–260.

 

Frank, H.A., Lum, N.A., & Delacruz, A.S. (1965). Bacteria responsible formucilage-layer de- composition in kona coffee cherries. Applied Microbiology, 13(2), 201–207.

 

Schwan, R.F., Pereira, G.V.M., & Fleet, G. (2014). Microbial activities during cocoa fermen- tation. In G. Fleet, & R.F. Schwan (Eds.), Cocoa and coffee fermentations (pp. 130–184) (1st ed.). Boca Raton: CRC Press

 

Leroy, F., Verluyten, J., & De Vuyst, L. (2006). Functional meat starter cultures for improved sausage fermentation. International Journal of Food Microbiology, 106, 270–285. http:// dx.doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2005.06.027.

 

Masoud,W., Poll, L., & Jakobsen,M. (2005). Influence of volatile compounds produced by yeasts predominant during processing of Coffea arabica in East Africa on growth and ochratoxin A (OTA) production by Aspergillus ochraceus. Yeast, 22,1133–1142. http:// dx.doi.org/10.1002/yea.1304.

 

 

 

인용 (MLA) :

 de Melo Pereira, Gilberto Vinícius, et al. "Conducting starter culture-controlled fermentations of coffee beans during on-farm wet processing: Growth, metabolic analyses and sensorial effects." Food Research International 75 (2015): 348-356.

 

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